請問一個質量為M,半徑為R的均質球體的重力結合能怎麼算?求詳細過程
- 2022-11-25
我們由外向內
依次將半徑在r~r
+dr內的球殼膨脹到無窮遠處,計算需要的總能量就
好了。
如果已經計算過r+dr~R部分的能量,那麼意
境強場參識露
味著這部分已經飄向無窮遠。現在只需要將r~r+
dr與0~r兩部分
分離即可算出這部分的能量。
設0~r部分質量為m1
(r),r~r+dr部分在方位角O~O+dO
範圍內的質量為m2
(r,dr,O,dO),顯然兩者質心相距r,現在將m2移動到距球心D處,萬有引力為:F= - G
例制總適九依
*m1*m2/D(G為萬有引力常數)。從r移動到“無窮
認鋼角
遠”萬有引力做負功:W(r,m1,m2)=∫[D,無窮]FdD= -G*m1*m2
社出玉米固溶邊界革件境
/r。
將m1=M*(r/R
裂件明舊似代流
)^3,m2=[ (3Mr^2) / (4*
神始議餘狀裡行哥壞充千
pi*R^3) ]d
叫備跟即壞
rdO帶入得到W
(r,dr,dO
)=[ - (3GM^2r^
4) / (4*pi*R^6) ]
drdO。
將球殼一層層全部膨脹到無窮遠處萬有引力做功之和(負功)為:W=∫[0,R]
群維孔
drdO[ - (3GM^2r^4) / (4*
pi*R^6) ]=[
-(3G*M^2) /
年其幫隊代
(5R) ]。
所以克服萬有引力需要的能量為(正):E= +(3G*M^2) / (5R),這就是結合
能。
特別地,如果這是地球,那麼地表的重力加速度g
=GM/R^2,此時
E=3gMR/5(僅當此球為地球的情況下成立)
哪一
。